Las mareas y los días de sol eterno

Cuando los tres tripulantes de la nave espacial Endurance llegan a Miller, el primer planeta que orbita el agujero negro llamado Gargantúa, se encuentran un planeta cubierto de agua con un paisaje de montañas al fondo. Ya es demasiado tarde cuando se percatan de que no son montañas, son olas, y una gigante les hará perder un tiempo muy valioso. Estamos en la película Interstellar de Christopher Nolan y los protagonistas han sufrido el efecto de las brutales fuerzas de marea que unos guionistas bien asesorados imaginaron para ese mundo.

La fuerza de marea, en nuestro planeta, explica el cambio periódico del nivel del mar que se percibe en las costas, de ahí su nombre. Es un efecto directo de la influencia gravitatoria de la Luna (y del Sol) sobre la superficie terrestre. Funciona así: la parte de la Tierra más cercana a la Luna sufre una gravedad más intensa que la parte más alejada, provocando una deformación de la corteza terrestre de casi treinta centímetros. Se forma una especie de bulto en una cuarta parte de la superficie de la Tierra que se mueve a medida que nuestro satélite se desplaza por su órbita. El efecto es más obvio en las grandes masas móviles como los océanos que se levantan en dirección a la Luna y el Sol. Cuando Tierra, Luna y Sol están alineados en sus órbitas (luna nueva y luna llena) se alcanza el efecto máximo: las mareas vivas. De ahí las logradas olas gigantes de Interstellar que, en el caso del planeta Miller, son provocadas por Gargantúa, cuya gran masa y cercanía provoca efectos gravitatorios más intensos.

Este mecanismo de deformación no es una nimiedad a escala planetaria. Es responsable, entre otras cosas, del calentamiento de las lunas de Júpiter. El vulcanismo extremo de Ío, por ejemplo, es provocado directamente por la deformación de kilómetros de altura que sufre la luna en su órbita alrededor del planeta gigante. En el caso de la luna Europa, la fricción generada en una superficie que está continuamente deformándose proporciona el calor necesario para mantener el océano líquido debajo de la superficie helada de la luna, convirtiéndola en uno de los objetos más interesantes en la búsqueda de vida en el Sistema Solar.

Estas fuerzas alargan la duración de los días en la Tierra, y provocan el alejamiento de la Luna y que siempre le veamos la misma cara

Estas fuerzas además son responsables de otros fenómenos curiosos. Alargan la duración de los días en la Tierra y provocan el alejamiento de la Luna y que siempre le veamos la misma cara. Esto se debe a que las fuerzas de marea generan cambios en la velocidad de rotación de los cuerpos involucrados. En la Tierra, la duración de los días ha cambiado en escalas de millones de años. En la época de los dinosaurios, el día terrestre duraba solo veintidós horas, frente a las veinticuatro actuales. Y el efecto también se siente en la Luna que ha acabado rotando acoplada a la Tierra por fuerzas de marea y tarda los mismos días en girar una vez sobre su eje que en orbitar la Tierra una vez. Siempre le vemos la misma cara a la Luna porque con el tiempo la velocidad de rotación del satélite se ha sincronizado con su velocidad orbital.

Esto es extrapolable a cualquier sistema planeta-luna, o planeta-estrella y hemos encontrado mundos donde los días (a un lado del planeta) son eternos. Muchos de los exoplanetas descubiertos con órbitas cercanas a sus estrellas acaban mostrándoles siempre la misma cara. Son mundos donde siempre es de día a un lado del planeta y de noche en el otro. Si los dos cuerpos están lo suficientemente cerca para que actúen las fuerzas de marea, con el tiempo, el planeta tarda exactamente el mismo tiempo en girar alrededor de su propio eje que en girar alrededor de su estrella anfitriona o compañera gravitacional. Estos exoplanetas estarían sometidos a climas tan extremos que, en principio, a menos que tengan una atmósfera con vientos que soplen por toda la superficie mitigando estos efectos y permitiendo una meteorología más moderada, se podría excluir cualquier posibilidad de vida en superficie.

Este fenómeno gravitatorio también interviene en la formación de cometas como el Halley. Este tipo de cometas provienen de la nube de Oort que es la parte más externa del Sistema Solar (se extiende a más de un año luz del Sol) y está formada por miles de millones de rocas heladas. Estas rocas o planetesimales que en principio están situadas en órbitas muy distantes se calientan y comienzan a evaporarse convirtiéndose en cometas cuando son lanzadas al interior del Sistema Solar. Lo que actúa de catapulta de las rocas es la deformación de la nube de Oort por fuerzas de marea causadas por el campo gravitatorio de la Vía Láctea. La nube se estira en la dirección del centro galáctico y se comprime a lo largo de los otros dos ejes, igual que la Tierra en respuesta a la presencia de la Luna. La gravedad del Sol es lo suficientemente débil a tal distancia que estas pequeñas perturbaciones galácticas son suficientes para lanzar literalmente algunos de estos cuerpos pequeños hacia el Sol convirtiéndolos en cometas.

Las fuerzas de marea también son capaces de romper estrellas enteras si orbitan alrededor de agujeros negros o compañeras más pesadas y de destrozar lunas y asteroides que caen en la cercanía de enanas blancas o estrellas de neutrones. Cuando operan a escala galáctica tienen efectos muy importantes en las colisiones entre estas estructuras gigantescas formadas por millones de estrellas, llegando a provocar la ruptura de galaxias enanas. Las manifestaciones visuales más impactantes de las mareas galácticas en acción se pueden ver en la forma de las colas generadas por galaxias en trayectoria de colisión o con órbitas cercanas. Las gigantes colas de escombros que generan son colecciones de estrellas que han sido literalmente arrancadas de sus galaxias por fuerzas de marea. Pero no todo es drama, también pueden comprimir las nubes de gas interestelar dentro de las galaxias provocando la formación de grandes cantidades de estrellas que de algún modo compensan las que han robado.

Así que si tienes la suerte de disfrutar del mar este verano, recuerda que el mismo mecanismo que te hace mover la toalla en la playa un par de veces al día para que no se moje porque sube la marea también mueve cometas, destroza lunas y asteroides y arranca estrellas de sus galaxias. Pero sobre todo que también es responsable de la existencia de días de sol que no acaban jamás en algún mundo muy, muy lejano.

Eva Villaver es investigadora del Centro de Astrobiología, dependiente del Consejo Superior de Investigaciones Científicas y del Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (CAB/CSIC-INTA).

Vacío Cósmico es una sección en la que se presenta nuestro conocimiento sobre el universo de una forma cualitativa y cuantitativa. Se pretende explicar la importancia de entender el cosmos no solo desde el punto de vista científico sino también filosófico, social y económico. El nombre “vacío cósmico” hace referencia al hecho de que el universo es y está, en su mayor parte, vacío, con menos de 1 átomo por metro cúbico, a pesar de que en nuestro entorno, paradójicamente, hay quintillones de átomos por metro cúbico, lo que invita a una reflexión sobre nuestra existencia y la presencia de vida en el universo. La sección la integran Pablo G. Pérez González, investigador del Centro de Astrobiología; Patricia Sánchez Blázquez, profesora titular en la Universidad Complutense de Madrid (UCM); y Eva Villaver, investigadora del Centro de Astrobiología.

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